CN103915455B - 用于光场装置的图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于光场装置的图像传感器及其制造方法，该图像传感器包括多个次微透镜、一间隔层、以及多个主微透镜。间隔层设置于次微透镜，且主微透镜设置于间隔层。每一主微透镜的直径大于每一次微透镜的直径。该图像传感器的主微透镜和次微透镜之间的相对位置为精确且固定的，可节省制作图像传感器之的时间，并可防止光场装置因使用时碰撞等因素而导致上述相对位置被改变。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种图像传感器，尤其涉及一种用于光场装置的图像传感器。
背景技术
光场相机使用了一微透镜阵列来提取一场景的三维光场信息（light fieldinformation），因此使用者可以对于光场相机所产生的一图像重新对焦（refocus）。图1为公知的光场相机A1的示意图，图2为公知的图像传感器A3的分解图。光场相机A1包括一镜头（lens）A2以及一图像传感器A3，且图像传感器A3包括一微透镜阵列A10、一感测阵列A20、以及一框架A30。微透镜阵列A10经由框架A30与感测阵列A20间隔一预定距离。
于图1中，一物体B1的光束通过于镜头A2且聚焦于微透镜阵列A10后照射于感测阵列A20。此时，通过微透镜阵列A10的微透镜A11的光束必须准确的照射于感测阵列A20中的数个预定的感测单元A21。因此，微透镜阵列A10以及感测阵列A20之间的位置对于光场相机A1的适当运作非常重要。然而，如图2所示，图像传感器A3是藉由组合微透镜阵列A10、感测阵列A20、以及框架A30等不同零件的方式来制作，因此关于微透镜阵列A10以及感测阵列A20而存在较大的公差（tolerance）。
于公知技术中，微透镜阵列A10以及感测阵列A20之间的位置，可经由图像传感器A3中的一些机构来调整，例如螺丝A40以及弹簧A50。然而，却需要花费大量的时间以针对每一图像传感器A2中微透镜阵列A10以及感测阵列A20之间的相对位置的来作校正。此外，上述相对位置于光场相机A1的使用过程中，经常因为碰撞等因素而改变。
发明内容
为了解决公知技术的缺失，本发明提供了一种图像传感器，其具有准确相对位置的主微透镜和次微透镜。
本发明提供了一种用于光场装置的图像传感器，包括多个次微透镜、一间隔层、以及多个主微透镜。间隔层设置于次微透镜。主微透镜设置于间隔层。每一上述主微透镜的一直径超过每一上述次微透镜的一直径。
本发明另提供了一种图像传感器的制造方法，其包括下列步骤：提供一感测层；形成多个次微透镜于感测层上；经由一半导体工艺形成一间隔层于上述次微透镜上；以及形成多个主微透镜于上述间隔层上，其中每一上述主微透镜的一直径超过每一上述次微透镜的一直径。
综上所述，由于图像传感器是经由半导体工艺制作的一体成形的结构，因此主微透镜和次微透镜之间的相对位置为精确且固定的，可节省制作图像传感器的时间，并可防止光场装置因使用时碰撞等因素而导致上述相对位置被改变。
附图说明
图1为公知的光场相机的示意图。
图2为公知的图像传感器的分解图。
图3为本发明的第一实施例的光场装置的示意图。
图4为本发明的第一实施例的图像传感器的剖视图。
图5为本发明的第二实施例的图像传感器的剖视图。
图6为本发明的第二实施例的图像传感器的俯视图。
图7为本发明根据前述实施例的图像传感器的制造方法的流程图。
【主要附图标记说明】
光场装置100
图像传感器1、1a
感测层10
感测单元11
滤光结构20
滤光单元21
次微透镜22
间隔层30
主微透镜40、40a
第一微透镜41
第二微透镜42
第三透镜43
抗反射镀膜层50
镜头2
壳体3
方向D1
焦点F、F1、F2、F3
焦距H1
光束L1
直径M1、M2
光场相机A1
镜头A2
图像传感器A3
微透镜阵列A10
微透镜A11
感测阵列A20
感测单元A21
框架A30
螺丝A40
弹簧A50
物体B1
具体实施方式
图3为本发明的第一实施例的光场装置100的示意图。图4为本发明的第一实施例的图像传感器1的剖视图。光场装置100可为一光场相机或是设置于如移动电话或是一便携式计算机等电子装置中的一光场相机模块。
光场装置100包括一图像传感器1、一镜头（lens）2、以及一壳体3。图像传感器1设置于壳体3内，且镜头2设置于壳体3。光束L1通过镜头2进入壳体3后，照射至图像传感器1。
图像传感器1包括一感测层10、一滤光结构20、一间隔层30、以及多个主微透镜40。感测层10、滤光结构20、间隔层30、以及主微透镜40中的一个相互迭置，并沿一方向D1依序排列。感测层10包括多个感测单元11。
滤光结构20设置于感测层10，并包括多个滤光单元21以及多个次微透镜22。每一滤光单元21设置于感测单元11中的一个，且每一次微透镜22设置于滤光单元21中的一个。
次微透镜22为可透光的，且包括SiN、TiO2、Ta2O5、或是HfO2。次微透镜22的折射率大于1.7，且可为1.8至1.9之间。于本实施例中，次微透镜22包括至少90wt%的SiN、TiO2、Ta2O5、或是HfO2。次微透镜22的折射率约为1.8。于本发明中，折射率可定义为具有波长589nm的光束的折射率。
间隔层30设置于次微透镜22。间隔层30为可透光的，且包括SiO2、MgF2、或是SiON。间隔层30的折射率小于1.7，且可为1.3至1.6之间。间隔层30的厚度为100um至150um之间。于本实施例中，间隔层30包括至少90wt%的SiO2、MgF2、或是SiON。间隔层的折射率约为1.46，间隔层30的厚度约为120um。
主微透镜40设置于间隔层30。主微透镜40为可透光的，且包括SiO2、MgF2、或是SiON。主微透镜40的折射率小于1.7，且可为1.3至1.6之间。于本实施例中，主微透镜40包括至少90wt%的SiO2、MgF2、或是SiON。主微透镜40的折射率约为1.46，和间隔层30相同。
每一主微透镜40的直径M1大于每一次微透镜22的直径M2。直径M1约为10um至150um之间，且直径M2约为1um至10um之间。直径M1约为直径M2的2倍至20倍。于本实施例中，直径M1为直径M2的3倍。主微透镜40中的一个、次微透镜22、滤光单元21、以及感测单元11沿方向D1依序排列。感测单元11、滤光单元21、次微透镜22、以及主微透镜40可以阵列的方式分别排列于多个平面上，其中方向D1可垂直于上述的多个平面。
每一主微透镜40具有一焦距(focal length)H1以及一焦点(focus)F。焦距H1约为10um至150um之间。于本实施例中，焦距H1大约为120um。每一主微透镜40的焦点F分别位于次微透镜22中的一个。意即，次微透镜22以及主微透镜40藉由间隔层30分离，且间隔层30的厚度约为主微透镜40的焦距H1。
如图3以及图4所示，照射于图像传感器1的光束L1依序通过主微透镜40、间隔层30、次微透镜22、以及滤光单元21后至感测单元11。滤光单元21可具有多种颜色，例如红色、绿色、和/或蓝色。当光束L1通过滤光单元21后，光束L1的颜色依据滤光单元21而改变。之后，每一感测单元11根据照射于其上的光束L1产生一信号，且光场装置100根据前述的信号产生一图像。由于感测单元11、滤光单元21、以及如何根据上述的信号产生图像均为公知技术，为了简洁的目的于此并不多加累述。
图5为本发明的第二实施例的图像传感器1a的剖视图。图6为本发明的第二实施例的图像传感器1a的俯视图。第二实施例与第一实施例之间的主要不同的处描述如下。主微透镜40a包括多个第一微透镜41、多个第二微透镜42、多个第三透镜43、以及设置于微透镜41、42、43的一抗反射镀膜层50。然而，亦可选择不设置抗反射镀膜层50。
每一第一微透镜41具有一焦点F1，每一第二微透镜42具有一焦点F2、以及每一第三透镜43具有一焦点F3。每一第一微透镜41的焦距大于每一第二微透镜42的焦距H1，且每一第二微透镜42的焦距H1大于每一第三透镜43的焦距。如第6图所示，第一微透镜41、第二微透镜42、以及第三透镜43交错排列于一平面。
图7为本发明根据前述实施例的图像传感器的制造方法的流程图。首先，于步骤S105中，提供一感测层10，且感测层10的感测单元11经由一半导体工艺制作。
之后，形成滤光结构20于感测层11上(步骤S103)。于步骤S103中，经由光刻（lithography）工艺、回流（reflowing）工艺、以及蚀刻（etching）工艺等半导体工艺，形成滤光单元21于上述感测层10上。之后，经由光刻工艺、回流工艺、以及蚀刻工艺等半导体工艺，形成次微透镜22于滤光单元21上。
于步骤S105中，经由光刻工艺、回流工艺、以及蚀刻工艺等半导体工艺，形成间隔层30于次微透镜22上。最后，于步骤S107，经由光刻工艺、回流工艺、以及蚀刻工艺等半导体工艺，形成主微透镜40于间隔层30上，且经由光刻工艺、回流工艺、以及蚀刻工艺等半导体工艺，形成抗反射镀膜层60于主微透镜40上。
由于图像传感器1是经由半导体工艺制作的一体成形的结构，因此次微透镜22和主微透镜40之间的距离和水平位置是精确且固定的。次微透镜22和主微透镜40之间的公差范围（tolerance）可控制于数纳米以下。因此不需要花费大量的时间对于每一图像传感器1调整次微透镜22和主微透镜40之间的相对位置。
综上所述，由于图像传感器是经由半导体工艺制作的一体成形的结构，因此主微透镜和次微透镜之间的相对位置为精确且固定的，可节省制作图像传感器的时间，并可防止光场装置因使用时碰撞等因素而导致上述相对位置被改变。
上述已公开的特征能以任何适当方式与一或多个已公开的实施例相互转用、置换、改变或组合，并不限定于特定的实施例。
本发明虽以各种实施例公开如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求的范围为准。
Claims (8)
1.一种用于光场装置的图像传感器，包括：
多个滤光单元；
多个次微透镜，设置于上述滤光单元；
一间隔层，设置于上述次微透镜；以及
多个主微透镜，设置于上述间隔层，且包括多个第一微透镜、多个第二微透镜、以及多个第三微透镜，
其中每一上述主微透镜的一直径超过每一上述次微透镜的一直径，
其中上述第一微透镜的焦距位于上述滤光单元，上述第二微透镜的焦距位于上述次微透镜，且上述第三微透镜的焦距位于上述间隔层；
其中上述第一微透镜、上述第二微透镜以及上述第三微透镜交错排列。
2.如权利要求1所述的用于光场装置的图像传感器，还包括：
一感测层，包括多个感测单元，
其中每一上述滤光单元设置于上述感测单元中的一个，且每一上述次微透镜设置于上述滤光单元中的一个。
3.如权利要求1所述的用于光场装置的图像传感器，其中每一上述主微透镜的上述直径大于每一上述次微透镜的上述直径的2倍至20倍，每一上述主微透镜的一焦点位于上述次微透镜中的一个。
4.如权利要求1所述的用于光场装置的图像传感器，其中上述间隔层的一折射率小于1.6，每一上述主微透镜的一折射率小于1.7，每一上述次微透镜的一折射率大于1.7。
5.如权利要求1所述的用于光场装置的图像传感器，其中每一上述主微透镜的一折射率和上述间隔层的折射率相同。
6.如权利要求1所述的用于光场装置的图像传感器，其中上述间隔层包括SiO2，并为可透光的，上述主微透镜包括SiO2、MgF2、或是SiON，以及上述次微透镜包括SiN、TiO2、Ta2O5、或是HfO2。
7.一种图像传感器的制造方法，包括：
提供一感测层；
形成多个滤光单元于上述感测层；
形成多个次微透镜于上述滤光单元上；
经由一半导体工艺形成一间隔层于上述次微透镜上；以及
形成多个主微透镜于上述间隔层上，其中每一上述主微透镜的一直径超过每一上述次微透镜的一直径，
其中上述主微透镜包括多个第一微透镜、多个第二微透镜、以及多个第三微透镜，上述第一微透镜的焦距位于上述滤光单元，上述第二微透镜的焦距位于上述次微透镜，且上述第三微透镜的焦距位于上述间隔层；
其中上述第一微透镜、上述第二微透镜以及上述第三微透镜交错排列。
8.如权利要求7所述的图像传感器的制造方法，其中上述感测层包括多个感测单元，每一上述滤光单元设置于上述感测单元中的一个，且每一上述次微透镜设置于上述滤光单元中的一个。
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